巖石學(xué)方法在物源分析研究中的應(yīng)用

劉海燕

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

在沉積學(xué)中，物源區(qū)是指盆地中碎屑物質(zhì)的來源區(qū)/母源區(qū)，同時還有母源區(qū)的巖石類型、氣候和地形含義。物源分析的任務(wù)就是鑒定碎屑沉積物并確定它來自何處(搬運的距離和方向)，從碎屑物的成熟度推斷供給區(qū)的氣候、地形及大地構(gòu)造背景，以及確定碎屑物的來源的一種或者多種巖石類型。前一個任務(wù)涉及到物源區(qū)，后一個任務(wù)則要對古水流和古地理進行研究(王成善，2003)。

物源分析的方法，從總體上講應(yīng)分為造山帶和盆地內(nèi)兩大部分來同時進行;就目前的研究來看，前者常常被忽略，分析研究脫離造山帶而只在盆地內(nèi)部進行，得到的結(jié)果是不準(zhǔn)確的(林孝先，2011)。目前，主要的研究手段是通過用沉積巖石學(xué)、地球物理、地球化學(xué)、地磁學(xué)等基礎(chǔ)資料與學(xué)科知識，同時充分運用電子探針、質(zhì)譜分析、陰極發(fā)光、裂變徑跡測年等先進技術(shù)，對沉積物質(zhì)進行分析測試，找出其能夠指示源區(qū)方向與性質(zhì)的證據(jù)，依據(jù)在于不同的物源在沉積物的搬運和沉積過程中會有不同的巖性、巖相、地球物理和地球化學(xué)方面的沉積特征響應(yīng)，本文主要討論了巖石學(xué)方法在物源分析中的應(yīng)用及須注意的問題。[1]

1 碎屑巖盆地巖石學(xué)分析方法

1.1 巖石碎屑分析方法

1.1.1 砂巖碎屑組分分析

砂巖的研究在沉積學(xué)領(lǐng)域一直占有重要的位置，作為大陸的風(fēng)化旋回—沉積旋回的產(chǎn)物，不僅直接記錄了沉積巖的母巖組合、改造強度及沉積環(huán)境等信息，而且因其碎屑組成與所處的大地構(gòu)造位置密切相關(guān)，還可以反應(yīng)區(qū)域構(gòu)造演化背景。

Dickinson等(1983)通過對世界上近百個已確定區(qū)域構(gòu)造環(huán)境的現(xiàn)代海相和陸相砂巖組分的統(tǒng)計、對比和判別分析，建立和確定了為大家所熟知的定量判別標(biāo)準(zhǔn)和三角形模式圖，為判斷物源區(qū)和沉積盆地構(gòu)造環(huán)境提供了一種重要的途徑，成為物源分析中研究最細、引用最多的一種研究方法。通過對選定的層位砂巖樣品中石英、長石、巖屑含量進行統(tǒng)計，在Dickinson(1983)碎屑三角圖投點;然后根據(jù)點的分布情況，確定物源類型。Dickinson和Suczek(1979)提出以石英顆粒(Q)、長石顆粒(F)和不穩(wěn)定巖屑(L)三者間相互比例作圖的QFL三角圖，以及 QmFLt(單晶石英、長石、多晶巖屑)、QtFL(石英顆粒總數(shù)、長石、巖屑)、QpLvLs(多晶石英、火山巖屑、沉積巖和變質(zhì)巖巖屑)、QmPK(單晶石英、斜長石、鉀長石)五種三角圖。而且，還有學(xué)者不斷進行補充完善，此方法簡單直觀，在國內(nèi)外判別物源方面得到廣泛應(yīng)用，成功解釋了很多物源區(qū)的構(gòu)造背景。

圖1 QFL和QmFLt三角圖解的版塊構(gòu)造物源類型 (Dickinson，1983;轉(zhuǎn)引自王成善，2003)

但是，在實際應(yīng)用過程中，如果僅根據(jù) Dickinson碎屑模型來進行物源分析，有時候會出現(xiàn)與實際情況明顯的不一致的情況。這可能是由混合物源、沉積物的次生作用或者碎屑組分含量的統(tǒng)計方法不當(dāng)?shù)仍蛞鸬模栽趹?yīng)用這種方法進行盆地物源分析是應(yīng)該特別注意和區(qū)域地質(zhì)進行了解和匹配。

圖2 來源與不同類型物源區(qū)的砂巖平均碎屑成分三角圖解 (Dickinson，1983;轉(zhuǎn)引自王成善，2003)

1.1.2 礫巖碎屑組分分析

在近源物源區(qū)分析中，(角)礫巖特別有用，它可以提供完整的巖樣信息，有些方面是砂巖所不能及的。因為礫巖主要分布在盆地邊緣，接近于物源區(qū)，而礫石的成分可以直接反應(yīng)母源區(qū)的母巖成分。

要確定母巖的性質(zhì)及物源的方向，最基本也是最直觀的方法是查明礫石的粒度、成分、百分含量、磨圓度、分選等的變化。通過統(tǒng)計各種礫石成分及比例，獲知母巖成分和結(jié)構(gòu)特征的信息。通過對礫石最大扁平面的傾斜方向的統(tǒng)計可判斷古水流的方向，進而確定物源方向。礫巖層的沉積特征，如分選性、磨圓度及厚度是源區(qū)的構(gòu)造演化、沉積時的水動力條件及搬運路徑的綜合反映。

1.1.3 泥質(zhì)巖碎屑組分分析

泥質(zhì)巖是分布最廣的一種沉積巖，但其在物源區(qū)分析中的應(yīng)用卻不是很多。目前，應(yīng)用比較多的泥質(zhì)巖的物源區(qū)分析多采用REE配分型式、微量元素及同位素等地球化學(xué)方法。

近期有不少學(xué)者(何良彪，劉秦玉，1997;何夢穎等，2011)等在這個方向進行了有益的探索，特別是現(xiàn)代河流粘土礦物和化學(xué)組分。何夢穎等(2011)利用X射線衍射方法系統(tǒng)分析了長江流域表層沉積物的粘土礦物，結(jié)果顯示整個流域以伊利石為主，并且伊利石的化學(xué)指數(shù)和結(jié)晶度可有效示蹤物源區(qū)和搬運路徑，研究結(jié)果與稀土元素、Sr、Nd同位素等方法得出的結(jié)論基本吻合。

1.2 重礦物法

沉積學(xué)中的重礦物指存在于陸源碎屑巖中的一些比重大、含量少的透明及非透明的礦物，主要集中于細砂巖和粉砂巖中，其含量一般不會超過1%。砂巖中的重礦物主要有輝石、角閃石、綠簾石、十字石、石榴石、尖晶石、獨居石、鋯石、磷灰石、金紅石、榍石、橄欖石，其組合與輕礦物組合反映了母巖性質(zhì)。

傳統(tǒng)方法雖然在判別沉積物來源及源區(qū)區(qū)域構(gòu)造背景方面取得了重大的成功，但是這些分析結(jié)果反映的都是沉積巖所有物質(zhì)的平均效應(yīng)，當(dāng)一個盆地同時接受多個物源輸入時，這種方法的有效性不免要大打折扣。而一個重礦物顆粒只可能來自一個物源區(qū)，因此具有不同地球化學(xué)特征的同種礦物顆?？梢灾甘静煌奈镌磪^(qū)。再者，隨著電子探針、離子探針和激光剝蝕等離子質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)等微區(qū)分析技術(shù)的發(fā)展，使得單礦物原位的地球化學(xué)分析變得簡單可靠，選擇未經(jīng)蝕變的礦物或者未蝕變的區(qū)域進行分析，可以避免成巖過程中風(fēng)化蝕變的影響。

重礦物ZTR指數(shù)是指重礦物中最穩(wěn)定的三種礦物鋯石(Z)、電氣石(T)、金紅石(R)在透明重礦物中的百分含量。ZTR指數(shù)越高，表明巖石的成分成熟度越高，表明巖石的成分成熟度越高，所以該指數(shù)可以有效指示沉積物自物源區(qū)向盆地搬運距離的遠近，據(jù)此可以推測物源區(qū)及古水流方向。

砂巖中的重礦物類型和其組合是沉積物搬運距離和巖性變化極為敏感的指示劑。利用碎屑重礦物組合機含量變化追索物源和恢復(fù)母巖方法一開始就廣泛應(yīng)用在物源區(qū)分析中，而且效果良好，而且取得了較好的研究效果。

2 造山帶特征分析

造山帶的特征分析主要涉及反剖面分析和母巖分析兩部分。反剖面是指造山帶的地層層序與盆地內(nèi)的地層層序恰好相反的現(xiàn)象，即造山帶老地層的巖石對應(yīng)盆地內(nèi)較新地層的巖石，而造山帶新地層的巖石則對應(yīng)盆地內(nèi)較老地層的巖石。反剖面分析是物源分析進行的前提，主要涉及到造山帶的復(fù)原、復(fù)位和構(gòu)造演化分析，是對造山帶性質(zhì)、盆地性質(zhì)、盆山耦合關(guān)系等的研究，這是一個很大的難點。

根據(jù)研究區(qū)的研究程度不同可以采用不同的解決方案:對研究較少甚至從未涉及的地區(qū)，應(yīng)該判斷研究區(qū)的地層類型，判定能否恢復(fù)，然后對于有適當(dāng)方法可以恢復(fù)的地區(qū)進行造山帶的地層恢復(fù)，確定反剖面對應(yīng)關(guān)系以及地質(zhì)歷史時期內(nèi)造山帶和盆地對應(yīng)的地層發(fā)育情況;對于研究程度比較深的地區(qū)，可以借鑒前人的研究成果資料，了解盆山耦合的關(guān)系及地質(zhì)歷史時期內(nèi)的構(gòu)造演化過程，確定研究地層所對應(yīng)的造山帶地層和盆地對應(yīng)地層的位置及發(fā)育情況(林孝先，2011)。

由于造山帶乃至現(xiàn)今大陸上眾多中生代以前的地層大都具有非原地性，需要對其露頭復(fù)原和復(fù)位，才能進行真正的古地理和原型盆地分析(李祥輝，1997)。對造山帶進行復(fù)原、復(fù)位，區(qū)域地質(zhì)資料是基礎(chǔ)，包括經(jīng)典的構(gòu)造、地層、古生物、沉積等，也包括通過先進手段獲得的測井、地震、重力場、地磁場等資料，另外以構(gòu)造平衡剖面、撓曲變形縮短率、區(qū)域地層厚度及分布、推覆、滑覆體遷移方向和距離等對露頭復(fù)原和復(fù)位相對更加有用。李祥輝(1997)在這方面進行了有益的嘗試，對揚子地臺西緣龍門山中北段泥盆系地層進行露頭展平寬度、剝蝕寬度復(fù)原，對露頭原始位置進行嘗試性復(fù)位。

表1 常見礦物組合及其母巖類型

3 結(jié)語

目前現(xiàn)有的研究中，偏重于對盆地內(nèi)碎屑物質(zhì)的分析，而對造山帶的特征研究程度不高。在這方面的研究力度需要加強，彌補物源分析中的造山帶研究這重要的一環(huán)，而且還可以對盆地碎屑物源的研究結(jié)果加以佐證，使得研究結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

物源分析研究是盆地分析的一個重要方面，是恢復(fù)古環(huán)境、判別盆地大地構(gòu)造背景的重要依據(jù)。不難看出，對物源區(qū)的判定方法有很多，單一運用某種方法在物源分析中是很局限的;隨著研究的深入和技術(shù)的完善，新方法新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，我們應(yīng)該綜合運用多種方法進行綜合分析，從研究區(qū)的具體實際出發(fā)，選擇適合的多種方法進行綜合分析，同時特別注意結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，取得更為深入、準(zhǔn)確的分析研究結(jié)果。

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